关键词： 可培养细菌真菌   总微生物   活死细菌   粒径分布   水溶性离子   金属元素   大气氧化性  

摘要： 生物气溶胶对人体健康的潜在危害不容忽视,但霾污染过程中生物气溶胶变化规律及其影响因素仍不明确.本文利用六级生物气溶胶采样器及大气颗粒物采样器开展了一次典型霾污染过程样品的采集,通过恒温培养测定可培养细菌和真菌浓度,采用4',6-二脒基-2-苯基吲哚(4',6-diamidino-2-phenylindole,DAPI)和LIVE/DEAD BacLightTM试剂染色-荧光显微镜计数方法测定总微生物及死/活细菌浓度,并通过其与颗粒物中水溶性离子、金属元素、气象因素及大气氧化性的关系探讨了生物气溶胶分布的影响因素.结果表明,霾污染过程中,可培养细菌和总微生物在轻度污染时浓度最低,随着污染加重其浓度逐渐升高.可培养真菌浓度在霾发生初期大幅增加,平均浓度为污染发生前2.5倍.活菌和死菌浓度在霾过程均呈现先急剧下降后逐渐上升的趋势.可培养细菌粒径分布在霾污染过程中呈现偏态分布(0.65~1.1μm,除中度污染外)和双峰分布(>7.0μm和1.1~2.1μm,中度污染),可培养真菌粒径在整个污染过程中呈单峰分布,峰值分别为0.65~1.1μm(污染发生前、中度污染和污染结束)和1.1~2.1μm(轻度污染和重度污染).Pearson相关性分析显示,轻度及重度污染条件下,Mg2+和Fe对细菌产生正相关影响.冗余分析(RDA)结果表明,大气氧化能力(Ox)增强会抑制可培养细菌的生长,但会有利于可培养真菌的繁殖.

关键词： COATS实验   霾污染   大气边界层空间结构   物质聚集层   PM2.5浓度湍流通量   华北平原  

摘要： 华北平原霾污染问题严重,霾污染的演变与大气边界层密切相关,但华北平原边界层理化过程的实验和理论研究尚且不足,仍有许多科学问题亟待解决.为此,2016~2020年,北京大学联合中国气象科学研究院和中国科学院大气物理研究所,在华北平原开展了霾污染天气大气边界层空间结构综合观测COATS实验(Comprehensive Observation on the Atmospheric boundary layer Three-dimensional Structure during haze pollution).COATS实验空间上构成“点-线-面”的实验布局,全面获取了冬夏季边界层气象和环境要素的时空剖面及细颗粒物湍流输送资料.研究成果包括:给出了华北平原边界层结构及细颗粒物浓度的时空分布基本特征;揭示了持续性重霾天气的典型热力结构和低空急流的清除机理;阐明了太行山对边界层空间结构的调整是华北平原霾污染非均匀分布的重要原因,指出山地诱发的垂直环流可以促进高架污染层的形成,强调了大气内边界效应对污染物水平扩散具有约束作用;对比分析并定量估算了冬夏季边界层对霾污染的贡献;解析了边界层高度与地面污染物浓度关系的湍流输送本质,定义了“物质聚集层”并阐明了物质法确定边界层高度的适用性;研发了PM2.5浓度湍流通量测量系统,获取了PM2.5浓度湍流通量并给出PM2.5浓度的湍流特征.COATS实验对深入理解霾污染期间的边界层物理机制、弥补边界层空间结构对霾污染影响的认识空缺有重要理论意义,有利于改进和发展边界层参数化方案,为制定区域污染防控措施提供了科学依据.

关键词： 霾   颗粒物   大气污染防治  

摘要： 本文利用2014-2022年郑州市城区PM2.5观测和地面气象数据,统计分析该地区霾状况在污染防治和新冠疫情防控背景下的逐年和季节变化。结果表明:郑州市城区污染水平呈现清晰的季节变化,1月份PM2.5平均浓度最高,达124.6μg/m^(3),平均霾天数超过15d,7月份PM2.5平均浓度最低,仅为35.8μg/m3,平均霾天数不足0.6d;各季节PM2.5浓度均呈现随年份逐渐减少的趋势,按下降快慢排序依次为冬季>秋季>春季>夏季;2020―2022年,重度或严重霾的出现频次迅速下降,这些结果共同显示出减排促进了空气质量的提升。

关键词： 区域性霾日   持续性区域性霾事件   空气质量指数(AQI)   陕西   偏强东南风  

摘要： 根据陕西省气候特征及地形,将陕西省分为关中、陕南和陕北3个子区,并定义了区域性霾日及持续性区域性霾事件.基于气象、环保及遥感资料,分析了陕西省区域性霾日及相应的气溶胶污染的时空分布特征.结果表明,陕西冬季各子区区域性霾日有显著差异,关中地区区域性霾日最多,平均每年冬季大于21 d,陕南地区为6 d,陕北地区大于1 d.关中每年冬季均会出现持续性区域性霾事件.关中区域性霾日区域平均风速普遍小于5 m·s^(-1),陕南区域性霾日区域平均风速普遍小于4 m·s^(-1).区域性霾日出现时气溶胶光学厚度(AOD)明显增大,部分地区大于0.9,关中、陕南和陕北出现区域性霾日时,区域平均空气质量指数(AQI)几乎均大于100.根据激光雷达探测数据,近地层500 m以下区域性霾日的平均消光系数是冬季平均值的2~3倍.关中出现区域性霾日的背景环流以斯堪的纳维亚半岛正异常中心,乌拉尔山东部位势高度负异常和东亚地区正异常所组成的正位相斯堪的纳维亚环流型为主要特征,近地面存在东南风异常.相比2017年,2018年冬季偏强的东南风异常为陕西省区域性霾日增多提供了有利的气象条件,偏强东南风异常增强了陕西关中及其以南地区大气辐合,并且将我国中东部地区的气溶胶输送到了陕西省.

关键词： 河南省   霾污染   农村点位   组分特征   消光系数  

摘要： 近年来,我国京津冀及其周边地区暴发了多次霾污染过程,受观测仪器等因素的限制,尚未有对河南省北部城市和农村霾污染的对比研究.利用一系列在线高时间分辨率的观测仪器在河南省2个城市点位和3个农村点位对一次区域重污染过程(2018年1月12~25日)进行综合观测.结果表明SO_(4)^(2-)、 NO_(3)^(-)和NH_(4)^(+)(SNA)是此次区域污染过程中5个点位PM_(2.5)中占比最高的组分,位于53%~63%之间,以NO_(3)^(-)为主24%~32%,其次为SO_(4)^(2-)(13%~17%).相较于城市点位,农村点位PM_(2.5)中有机物的占比更高,尤其是夜间.随着污染的加重,SNA的占比上升,重污染时段可达67%.此外,当区域受南部气团的传输影响时,5个点位PM_(2.5)中NO_(3)^(-)的占比增大;受北和东北部气团的传输影响时,PM_(2.5)中SO_(4)^(2-)和有机物的占比增大.硝酸铵是导致霾过程中大气能见度下降最主要组分,并且硝酸铵和硫酸铵对城市点位的影响高于农村点位.综上,城市和农村点位PM_(2.5)组分差异显著,城市地区需继续加强对气态前体物的削减,农村地区需同时重视碳质气溶胶排放源的管控.

关键词： 南京   霾污染   WRF-Chem  

摘要： 本文基于2017-2021年南京主要污染物观测数据,综合分析了主要污染物及空气质量的时间变化特征。选取期间发生的3次典型持续性重霾污染过程,利用气象要素监测数据、边界层数据等分析气象条件对霾污染过程产生的影响。并应用HYSPLIT后向轨迹模式分析污染气团的来源与性质,并结合潜在源贡献因子法（PSCF）和浓度权重轨迹法（CWT）探究PM的潜在源区和源区贡献。最后基于WRF-Chem模式进行数值模拟,再现南京典型霾污染过程,利用观测数据对模拟结果进行评估验证与分析,并通过将南京地区MEIC排放清零的方法设置敏感性实验,探究本地源与外来源输送对PM的影响。研究结论如下:（1）2017-2021年南京空气质量状况轻度污染共374d,中度污染55d,重度污染9d,严重污染1d;对于主要污染物来说,PM超标共138d,PM超标为62d,O超标共273d,NO为52d。（2）三次过程的AQI指数峰值分别为304（严重污染）、227（重度污染）与175（中度污染）,相对湿度几乎都高于70%,最低风速均在1m/s左右,高湿的环境、稳定的气温与静小风为霾污染过程提供了有利的气象条件。同时污染期间均有较低混合层高度出现,配合高频率、强度大的逆温,抑制了污染物的垂直扩散,导致污染加剧。（3）HYSPLIT后向轨迹及潜在源分析表明,南京地区的霾污染过程主要受本地及周围发达地区的污染物排放影响为主,同时气团的污染物输送也造成了一定的影响,尤其以西北远距离输送居多,PSCF与CWT显示南京受区域传输影响严重,南京西北方向的安徽等城市贡献显著。（4）WRF-Chem模式整体上能够较好的模拟PM以及气象场的变化情况,基本能够反映真实的污染过程,PM的模拟值与监测值的相关系数在两次模拟中分别为0.92与0.82,但存在不同程度的高估。敏感性实验发现,PM浓度在南京排放清零前后极值差异较大,说明本地源对南京PM的排放影响较大,是南京PM的主要来源,西北方向城市的区域传输是南京地区PM的主要外来源。

关键词： 霾污染   电磁波衰减系数   雷达作用距离方程   霾预警  

摘要： 随着工业化的不断发展,霾污染已经成为严重的大气污染现象之一。不论是全国还是宁夏地区,霾污染对交通安全、人们的身体健康、生态环境等都造成了不同程度的威胁。因此,在实现霾污染治理的同时,设计霾预警方案也是非常必要的。已有研究表明霾颗粒是带电的,且带电极性不同。本论文主要研究了霾污染对电磁波衰减的影响,进而提出在考虑电磁波衰减情况下雷达的作用范围方程,再基于电磁波衰减理论模型与雷达作用范围方程设计了霾预警方案。为了更准确地预测霾期间厘米波的衰减系数,使用量纲分析法确定影响电磁波衰减的无量纲物理量。即颗粒粒径、电磁波频率、颗粒湿度和颗粒表面电荷密度。然后,以核壳结构作为颗粒结构,分析核壳结构对电磁波衰减的影响。结果表明,在高湿度下形成的核壳结构的霾颗粒的体积分数增大,将导致介电常数的增大,从而使电磁波的衰减系数增大。由于电子可以在核壳结构的表面上移动,使粒子的表面电导增大,导致电磁波衰减系数增大。通过对张晓斌等人[1]的实验数据进一步分析,发现电磁波衰减系数的变化可以通过Hp-Hp0予以反映。粒子的电荷量主要影响电磁波衰减系数随Hp-Hp0线性变化的斜率项。基于张晓斌等人[1]的实验结果,本论文提出一个改进的预测电磁波衰减的经验模型。此外,为了体现霾颗粒系统的微观性,做无量纲处理时使用了电子的电量与质量的比值,且本论文中的模型引入了粒子之间的相互作用。基于本论文的电磁波衰减模型,提出了考虑电磁波衰减的雷达作用距离计算公式,得到考虑电磁波衰减时雷达作用距离与不考虑电磁波衰减时雷达作用距离呈指数关系。在本论文中的电磁波衰减理论模型和雷达作用距离计算公式基础上,设计了外来霾预警方案。本论文梳理了宁夏石嘴山与宁东地区的地形地貌和风环境,分析了这两个地区与银川市之间是否可以形成一个风通道。梳理了石嘴山市与宁东地区可能存在的污染物,分析了这两个地区是否可能形成霾污染。基于本论文中介绍的外来霾预警方案,对宁夏石嘴山市与宁东地区进行了霾污染预警方案的应用初探。探讨了,在霾污染期间,如果要保持雷达的作用距离不变,将预测电磁波衰减系数的模型作为标准,改变雷达的增益系数,来实现保持雷达作用距离不变的目的。

关键词： 京津冀地区   霾污染   季节内振荡   年际变化  

摘要： 北京-天津-河北(京津冀地区)作为人口稠密、工业化程度高的典型地区,空气污染形势日趋严峻,严重影响了当地居民的身体健康,制约了区域经济的发展。本文基于中国气象局霾日站点资料和NCEP-DOE再分析资料等数据,分析了1979-2013年京津冀地区冬季霾污染的季节内演变特征,以及中高纬度大气季节内振荡(ISO)的影响。此外,还探讨了冬季京津冀地区霾污染季节内振荡强度的年际变化及大尺度背景场的影响。首先,对2013年冬季京津冀地区霾污染进行了个例分析,结果表明该年冬季的霾污染存在显著的季节内变化,中高纬地区的一支由异常低压和高压中心交替形成的涡旋性波列影响了京津冀地区的霾污染。继而对1979-2013年所有冬季进行统计分析,发现冬季京津冀地区的霾污染存在10-20d和20-40d两个重要的季节内振荡信号,二者正位相的叠加对霾污染的发生具有明显的增强作用。在10-20d时间尺度上,霾污染与来自北大西洋上空的中高纬度向东南传播的波列密切相关。随着波列的传播,一个异常的反气旋到达朝鲜半岛-日本地区,导致京津冀地区出现强烈的下沉运动和异常偏南风,有利于该地区霾污染的发生发展。在20-40d时间尺度上,中高纬度上的大气波列起源于北美洲东部,向东传播至贝加尔湖西北部,之后向南传播至中国东北-日本。霾污染的峰值阶段与由此产生的对流层中上层异常气压场上的带状偶极子有关,该偶极子表现为贝加尔湖西北部上空的异常气旋和中国东北-日本上空的异常反气旋。对流层中上层的异常反气旋在京津冀上空起主导作用,抑制了对流的发展,阻碍了污染物的垂直扩散和湿沉降。此外,偶极子之间的异常西风削弱了来自高纬度地区冷空气的侵入,从而进一步促成了20-40d周期上霾污染的峰值。进一步分析表明,1979-2013年冬季京津冀地区霾污染不同周期季节内变化的方差贡献率存在显著的年际变化。通过分类合成分析发现,在年际尺度上,当极涡增强(减弱),北极涛动/北大西洋涛动指数偏大(偏小)时,10-20d季节内振荡增强(减弱)而20-40d季节内振荡减弱(增强),这很可能和秋季北极海冰浓度的偏多(偏少)有关,秋季的欧亚大陆积雪的异常可能也起了一定的作用。

关键词： 雾—霾   后向轨迹   环流形势   气象因子  

摘要： 利用中国国家地面站逐小时气象观测资料、中国环境监测总站空气质量逐时监测数据、ECMWF 0.125°(纬度)×0.125°(经度)再分析资料及青岛市八关山自动站常规要素逐小时数据,对2018年1月15~22日青岛市一次重度污染雾—霾天气过程的特征及其影响因子进行分析。结果表明:PM10为首要污染物,污染过程中青岛市48 h输入污染源前期主要为北方干冷气团与江淮湿空气在山东半岛北部汇聚堆积,后期则主要包括山东省内局地大气污染物排放。雾—霾期间,500 hPa中高纬地区受乌拉尔山阻塞高压和中西伯利亚冷低压控制,宽广的东亚横槽稳定维持,青岛上空以平直西风气流为主,地面等压线稀疏,风速小;随着横槽转竖,纬向型环流转为经向型,冷空气大举南下,风速急增,降雪发生,雾—霾迅速消散。在静稳的大气环流背景下,当近地逆温层内弱风或持续吹陆风,对流层低层上升和下沉运动较弱,水汽条件较好时,有利于雾—霾维持。综合分析雾—霾各阶段PM2.5浓度和相对湿度与能见度间的关系发现,霾阶段两因子影响力相当;雾阶段能见度主要受相对湿度的影响;静稳条件下PM2.5浓度累积增加是影响雾、霾混合阶段能见度的主要因子。

关键词： 霾污染   气象条件   潜在源分布   鲁中  

摘要： 利用常规气象观测资料、NECP/NCAR的FNL资料、MODIS数据及大气环境监测资料,对2018年初冬山东省鲁中地区发生的一次持续性重污染过程进行分析。结果表明:霾污染过程中,500 hPa呈现出“两槽一脊”的环流形势,850 hPa受西风气流影响,整体呈静稳状态。气象因子可解释约54%的ρ(PM_(2.5))变化方差,其中弱平均风、低混合层高度及低水平风垂直切变造成对流层中低层垂直混合程度弱,可产生动力影响,中低层层结稳定和逆温的存在可产生热力影响,且动力因子起主要影响作用。PSCF和CWT分析结果表明,鲁中本地及鲁西南地区为本地源区,河南及安徽北部为主要外源区。